(57)【要約】【課題】粉体触媒は小さい方が効率的である。しかし、小さいものはわずかな流れによっても舞い上がり、反応物に同伴されてしまう。それによって、種々の欠点がある。また、粒子に粉状触媒を担持させたものも存在する。しかし、酸化触媒等では固着用接着剤が分解する。よって、初期接着力に優れ、かつ酸化触媒でも粉状触媒の固着力が極力減少しないものを提供する。【解決手段】心材に水系樹脂を塗布し、次いでセメント、及び粉状触媒を固着したもの。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
心材に水系樹脂を塗布し、次いでセメント、及び粉状触媒を固着することを特徴とする粉状触媒の担持方法。
【請求項２】
セメントと粉状触媒は混合して同時に固着するものである請求項１記載の粉状触媒の担持方法。
【請求項３】
水系樹脂にセメントを混合しておくものである請求項１又は２記載の粉状触媒の担持方法。
【請求項４】
心材として、中心材に樹脂を塗布したのちその上にセメントを付着させたもの、又は樹脂とセメントの混合物を塗布したものを利用するものである請求項１〜３記載の粉状触媒の担持方法。
【請求項５】
心材に水系樹脂を塗布し、次いでセメント及び粉状触媒を固着したのち、水を添加し養生するものである請求項１〜４記載の粉状触媒の担持方法。
【請求項６】
粉状触媒は光触媒である請求項５記載の粉状触媒の担持方法。
【請求項７】
心材に水系樹脂を塗布し、次いでセメント、及び粉状触媒を固着したものであることを特徴とする粉状触媒の担持触媒。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、粉状触媒の担持方法及び担持触媒に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
触媒は種々の反応に多種使用されているが、接触面積を大きくするため、流体と効率よく接触させるため、通常は粉体として構成されている。
例えば、白金触媒、ニッケル触媒、酸化チタン触媒その他である。
【０００３】
この粉体は、前記した理由からできるだけ小さい方が効率的である。よって、非常に小さいものも製造されている。μｍ以下のものである。
このようなものは、小さくて触媒効率はよいが、当然取り扱いが難しい。
非常に細かいため、わずかな流れによっても舞い上がり、反応物に同伴されてしまう。それによって、種々の部分が目詰まりする、フィルターによって触媒が系外に出るのを防止しなければならない、触媒の回収が面倒である等の欠点を有している。
また、触媒が凝集して塊状になり、反応物への有効な接触の表面が激減し、触媒１次粒径の微小さが活かされない。
【０００４】
これを防止するため、粉状触媒は種々の担体に担持させて使用されることが多い。例えば、アルミナ、シリカ、酸化鉄、カーボン、セラミック、天然石粉砕物等の小粒子（当然、触媒粒子よりははるかに大きい）に担持させるのである。
担持の方法は、接着、焼きつけである。
【０００５】
このように担持させると、担持粒子は大きいため、舞い上がり等上記したような粉状であるがゆえの欠点はほとんどない。また、種々の取り扱いも非常に便利である（例えば、特許文献１）。
【特許文献１】
特開平１１−１８８２７２号
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、担持の方法での焼きつけ法は、高温を要する非常に費用のかかる作業であった。よって、接着方式を採用したい。しかし、光触媒のようにその酸化作用により接着剤を分解するものでは使用できない。そのため、光や熱による分解に強いシリコン系接着剤などを使用することも考えられるが、その接着方法が接触表面を接着剤で被覆するような一般的な接着方法をとれば、分解されるべき物質が光触媒活性点に接近できなくなり、酸化分解が著しく妨げられることになり、期待される効果は得られなくなるので問題がある。
【０００７】
また、セメントでは初期接着力がなく粉体固着させるのが難しい。
以上のような観点から、光触媒であっても簡単な接着方式で担持でき、かつ初期接着力が優れた安価な市販の有機接着剤を使用することが要望されていた。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
以上のような現状に鑑み、本発明者は鋭意研究の結果本発明粉状触媒の担持方法及び担持触媒を完成したものであり、その特徴とするところは、担持方法にあっては、心材に水系樹脂を塗布し、次いでセメント、及び粉状触媒を固着する点にあり、担持触媒にあっては、心材に水系樹脂を塗布し、次いでセメント、及び粉状触媒を固着したものである点にある。
付着粉体は、心材上に添加順に固着・層形成され、その総付着量は水系樹脂量に対応した量となる。水系樹脂は、粉体同士の間隙へ毛管現象によって供給されるので一般の混合とは異なり、粉体／樹脂比は高い値になる。
【０００９】
ここで心材とは、担持する被担持物である。本発明では、これは特別限定するものではない。無機系の粒子、即ち、シリカ、アルミナ、ケイ砂、天然石等だけでなく、有機物であるゴム粒子やプラスチック粒子でもよい。更に、ガラスバルーンのような無機の中空体でもよい。また、コンクリート廃材粒子、鉄鉱スラグ粒子など各種廃材粒子でもよい。多孔体であってもなくともよい。サイズは、特に限定はしないが、１０ｍｍ以下、好ましくは数μｍ〜６ｍｍ、更に好ましくは１０μｍ〜１ｍｍ程度が好適である。
【００１０】
ここでいう水系樹脂とは、水溶性樹脂の水溶液、または非水溶性樹脂のポリマーエマルジョンをいう。要するに水によって塗布できる状態になっているものである。
【００１１】
ポリマーエマルジョンとは、通常の樹脂エマルジョンであり、アクリルやエポキシ等のエマルジョンでよい。混合比率も通常通りでよい。
エマルジョンは、重合したポリマーのエマルジョンでも反応性のエマルジョンでもよい。２液の反応性エマルジョンは主剤と硬化剤のうち少なくとも一方がエマルジョンである必要がある。エマルジョンの樹脂あるいは反応性物質の濃度は１０〜８０％であり、残りは液体である。水の層中には少量の界面活性物質、水溶性物質等が溶解していてもよい。
エマルジョンは適当に水で希釈してもよいし、粉体は付着前後に必要量追加してもよい。
更に、このエマルジョンには、セメントを混合しておいてもよい。混合量としては、エマルジョン１００重量部に対して、セメント２０〜５００重量部が好適である。
【００１２】
水溶性樹脂は、どのようなものでもよいが、ポリビニルアルコール、ＣＭＣその他通常のものでよい。
【００１３】
ここでいう粉状触媒は、前記した光触媒だけに限らずどのようなものでもよい。例えば、白金触媒、パラジウム触媒、ニッケル触媒、鉄触媒、その他種々の複合触媒、酸化金属触媒その他どのような粉状触媒でもよい。勿論、複数を混合して用いてもよい。
大きさは、数ｎｍ〜数μｍが好適である。
セメントは、ポルトランドセメント系のものを意味するだけでなく、広義の無機質接合材ともいうべき物である。セメントを分類すると、気硬性セメント、水硬性セメント及び特殊セメントに大きく分けられる。〔コンクリート工学ハンドブック（１９９０．７．１改訂新版発行、第６刷、朝倉書店〕ポルトランドセメントのほかには、水硬性石灰、高炉セメント、フライアッシュセメント、着色セメント、アルミナセメント、グラウト用セメント、耐酸セメント、各種水ガラスセメントなどがあげられる。
セメントが水などにより硬化するさいに、セメント同士が触媒粒子を囲むネットワークを均一に形成させるために各種触媒粉末とセメント粉末とを予め均一混合しておき使用するとよい。
【００１４】
上記した心材として、ケイ砂等に樹脂でセメントを固着したものを用いてもよい。即ち、このセメントを固着したケイ砂等を心材として、ポリマーエマルジョンを塗布するのである。このように、心材自体が周囲にセメントを固着したものであれば、より接着が容易になるし、心材の角張った形が丸みを帯びてきて流動性の良い粒子になる。
また、心材自体に、樹脂のみあるいは樹脂モルタルを、例えば０．５〜３％の薄層で塗布した物でもよく、この場合は心材粒子同士の付着力は小さいのでセメント粉体などをまぶさなくても取り扱いは、未硬化時でも比較的容易である。
心材が有機樹脂などの光触媒で分解しやすい物では、上述のようにセメントバリア層を形成するのが安価であるが、フッ素系又はシリコン系接着剤の層を形成してもよいことは当然である。薄層塗布ではセメント粉体などまぶしてもまぶさなくてもよい。
【００１５】
次に方法について説明する。
まず、心材と水系樹脂（ポリマーエマルジョン（セメントを含むものでもよい）を例にとって説明する）を混合攪拌する。ここにセメントを入れ攪拌する。
ポリマーエマルジョン１００重量部に対してセメントが６００重量部以下が好適である。
また、本法では、心材の表面に水系樹脂液を塗布し、その塗布量によって付着する粉体の量が決まるので、その範囲内では粉体としてセメントの他に種々の触媒粉体を含有率を変えて層状に形成することができる。これは粉体と樹脂液の混合が機械的な固体と液体の混合ではなく毛細管現象による液体の静的な浸透であるためである。
通常の粉体の固液混合では、心材への塗布のためには液比を高めて流動性を出さなくてはならず、粉体高含有スラリーの心材への塗布と粒子化（乾燥状態）は著しい困難をともない実質的には不可能である。
そして、エマルジョンの水とセメントが固化して流動性を失なう前に粉状触媒を入れて攪拌する。この量は、ポリマーエマルジョン１００重量部に対して、６００重量部以下が好ましく、その値はポリマーエマルジョンにあらかじめ混合されたセメント量によって影響される。白金系や鉄系の比重の大きいものは多くなり、酸化物系のものは小さくなる。これで完成であるが、水が不足する場合には追加的に水を加えてもよい。
【００１６】
このようにしてできた触媒は、表面が光触媒のような有機物を分解するものであっても、本発明でエマルジョンとして使用した樹脂と光触媒の間にセメントが遮断層（完全でなくとも）として存在するため、有機物である樹脂が分解されないのである。
また、間隙をぬってエマルジョンの樹脂成分が酸化されたとしても、中間のセメント層がネットワーク状の接着層となり、粉状触媒を心材に固定するため、触媒が心材から離脱することはない。
水系樹脂（水溶性又は水エマルジョン）の役割は心材と粉体を接着して成形する（一定形状を保持する）ことにあるが、その含有する水によってセメントを固化結合することも重要である。樹脂が硬化した後も接着剤として形態保持するが、これは硬化したセメントも同様の役割を果たす。しかし、触媒担持粒子が苛酷な条件（例えば、高温、ＵＶ照射、酸化など）下で使用されれば、樹脂は分解消滅することにもなり、粒子の形態保持はセメント粒子の結合力、耐久性に委ねられる。使用時の反応条件によって、水系樹脂は一般に一部〜全部残留するが、全部分解消失することもある。
【００１７】
本発明の特徴は、一般的に見られる骨材粒子に対し、粉状の各種触媒をセメント粉末とともに付着させ、セメントを硬化させることにより担持させるものであり、主に常温、常圧で行なうことができること、触媒およびセメント粉末は、骨材に塗布する水系樹脂によって付着、保持されることにある。
粉体担持された骨材粒子は、最表面に樹脂は無く、粉体で覆われ、そのためこの粒子は相互に付着しあわず流動性が非常によい。
心材（骨材）の上に、はじめに付着した樹脂に対して、粉体は飽和するまで付着されるが、粉体の構成をセメントのみ、セメント／触媒粒子混合物あるいは触媒のみとすることにより、１層以上の粉体層が形成される。
最表面の触媒粒子比率を最も高くしておくのが好ましいことは当然である。セメントの硬化によるネットワークの形成は水との反応によって行なわれる。はじめは、エマルジョンなどに含まれる水によって行なわれるが、水が不足する場合には層形成の途中あるいは最終段階以後に水を供給することができる。養生は主に室温で行なわれるが、業界周知の加熱蒸気養生等によってもよい。
養生によって、セメントは粒子同士が反応、結合し、ネットワークが形成されると同時に触媒粒子を抱き込んであるいは反応して固着することになる。このような状態では、樹脂（エマルジョンまたは水溶液中）の存在はもはや必要なものではなくなる。触媒は、紫外線との作用により有機物などを分解する光触媒であっても、心材（骨材）から脱落することはない。
【００１８】
本発明担持触媒は、その粉状触媒と同様に使用すればよくその取り扱いが簡単になっただけで、その他は変わらないと考えられる。
本発明の担持触媒は、従来使用の触媒微粒子に対し担持方法を変え、セメント担体とした物であるので、従来公知の化学反応分野において同様に使用することができる。一例として、光触媒の酸化チタンを付着した担持触媒は、道路表面に設置させた場合、自動車の排気ガスを分解し大気汚染の浄化に役立つ。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下好適な実施例に基づいて本発明をより詳細に説明する。
2005007342.tif 000002
製法：
ポリマーエマルジョン−セメント混合物を調整する。これは、エマルジョンにセメントを混合して作成した。これとケイ砂を混合、攪拌し、ケイ砂の周囲をポリマーエマルジョンが完全に覆うようにする。これが流動性を示すうちに、追加のセメントを混合、攪拌し、最後に酸化チタンを混合攪拌する。これを１日室温養生した後、少量の水を添加混合し室温養生する。これでセメントが硬化すれば完成である。
室温養生（７日間）後の酸化チタン担持ケイ砂５号粒子は均一な暗褐色をしており、流動性良好であった。酸化チタンの遊離は見られなかった。
【００２０】
2005007342.tif 000003
製法：
ケイ砂７号に樹脂を塗布しセメントを固着する。これを心材とする。
ポリマーエマルジョン‐セメント混合物を調整する。これは、エマルジョンにセメントを混合して作成した。これと心材を混合、攪拌し、心材の周囲をポリマーエマルジョンが完全に覆うようにする。これが完全硬化する前に、追加のセメント（酸化チタンを混合したもの）を混合、攪拌する。これでセメントが硬化すれば完成である。
【００２１】
室温養生１日後の酸化チタン担持ケイ砂７号粒子は灰色で流動性は良好であった。透明フィルム袋内で振動させるとフィルム面は遊離酸化チタンにより発生するくもりが見られず透明であった。
【００２２】
2005007342.tif 000004
製法：
ポリマーエマルジョン−セメント混合物を調整する。これは、エマルジョンにセメントを混合して作成した。これとマイクロバルーンを混合、攪拌し、マイクロバルーンの周囲をポリマーエマルジョン−セメント混合物が完全に覆うようにする。次いですぐセメント／酸化チタン混合物を混合、攪拌し、最後に酸化チタンを混合、攪拌して完了する。
【００２３】
室温養生１日後及び７日後の酸化チタン担持マイクロバルーン粒子は有色で流動性は良好であり、粒子同士の接着はほとんど見られなかった。しかし、透明フィルム袋内で、振動を与えるとフィルム面は白いくもりが見られ、酸化チタンの固着が不十分で一部遊離することがわかった。
【００２４】
この担持粒子に対し、５重量部の水を添加し、混合、攪拌して養生１０日間行なったところ、フィルム面のくもりは見られなくなった。養生後の粒子は付着して塊りになったが、簡単に崩れ単粒子になった。流動性は良好である。
【００２５】
【発明の効果】
本発明担持触媒には、次のような大きな利点がある。
（１）  粉状の細かい触媒が粒子に担持されているため、舞い上がり等の扱いにくさが改善されている。
（２）  水系樹脂とセメントを用いているため、酸化チタンの固着力は減少しない。
（３）  自由にサイズを調整することができる。